В то время как для прямоугольных и круглых углублений не требовались сложные инструменты, для получения выемок более сложной формы необходимо было найти новые конструктивные решения. Так и оказалось в случае со сферическими поверхностями. При помощи традиционных инструментов и методов очень трудно было получить ровную поверхность, не говоря и об их массовом изготовлении.
Решение проблемы пришло в виде новой конструкции инструментов, которые получили название сферические фрезы. Что она из себя представляет?
Что такое сферическая фреза
Такой фрезой называется инструмент, предназначенный для обработки сферических выемок или уступов. Представляет собой тело вращения. Их также называют шаровыми.
В целом состоит из таких элементов, как режущая часть и хвостовик. Поэтому они относятся к общему классу концевых фрез.
Эти фрезы имеют от двух до шести зубьев. Профиль резца имеет сферическую форму. Как правило, угол сферического участка режущей кромки составляет 180°. Выпускаются модификации с величиной угла меньше или больше 180°.
Для удаления стружки с зоны резки на фрезе имеются спиральные канавки. В случае со сменными пластинами они обычно отсутствуют.
Хвостовик может выпускаться как в цилиндрическом исполнении, так и в виде конуса Морзе. Использование конической формы хвостовика придает инструменту дополнительную прочность. Это позволяет изготовлять более длинные инструменты, которые используются для обработки глубоких углублений.
При вращении фрезы вокруг своей оси режущей кромкой осуществляется резание слоя заготовки. Благодаря сферической форме обеспечивается наиболее полный контакт с обрабатываемой поверхностью.
Однако на практике это приводит к некоторым сложностям. Вследствие сферического профиля толщина снимаемой стружки меняется от вершины режущей кромки к ее радиусу. Также угловая скорость при вершине резца равна нулю. Получается, в данной точке резка не происходит.
Эти проблемы решаются путем наклонного фрезерования. При этом чаще всего подача на фрезу осуществляется под углом.
Эти фрезы изготовляются, как правило, из твердосплавных материалов. Некоторые ее части могут быть произведены из инструментальной стали. Для увеличения износостойкости и прочностных характеристик на режущую кромку может наноситься покрытие из нитрида титана.
Где используется сферическая фреза
Широко применяется в следующих сферах деятельности
- машиностроение;
- инструментальное производство;
- художественная фрезеровка;
- деревообработка и столярное дело.
Особенно незаменимы сферические фрезы в производстве штампов, пресс-форм и деталей сложных форм. Благодаря сферической режущей кромке они позволяют добиться теоретически рассчитанной поверхности с учетом припусков. Также нашли свое применение в создании надписей на поверхности заготовок, в частности, в U-образной гравировке. Подходят для восстановления гравировки.
Данные фрезы используются для получистовой и чистовой обработки заготовок из таких материалов, как чугун, сталь, цветные металлы, дерево, фанера, оргстекло, акрил. Четырехзубовая модификация подходит даже для твердого материала, как закаленная сталь.
Разновидности сферической фрезы
В зависимости от конструкции и способа выполнения режущих пластин целесообразно выделить несколько видов фрез. Это сферические фрезы со съемными или напаянными резцами, со сменными головками.
Сферическая фреза с напаянными резцами
Эта фреза представляет собой цельную конструкцию. Отчасти из-за этого их также называют монолитными. Состоит из цилиндрического хвостовика и режущей части.
Режущие пластины, изготовленные из твердосплавных материалов, монтируются во фрезу путем впаивания. Благодаря этому, во-первых, обеспечивается высокая прочность всей конструкции инструмента, во-вторых, вращающий момент от шпинделя станка передается максимально полно к режущим кромкам.
Для удаления стружки с области обработки на фрезе имеется спиральная канавка с углом наклона 30°. Ее наличие положительно сказывается на сроке службы.
Достоинством этого инструмента является то, что ими можно обрабатывать материалы с твердостью до 45HRC. Обычно они выпускаются с диаметром от 0,4 до 25 мм.
Однако из-за проблем, возникающих при обработке вследствие сферической формы, стоимость использования такой фрезы все равно оставалось высокой. Поэтому были предложены варианты со сменными резцами и головкой.
Сферическая фреза со съемными резцами
Данные фрезы используются в случаях, когда не требуется достигать высокого качества обработки и имеется необходимость в большом диаметре вплоть 50 мм. Здесь уже хвостовик может быть произведен как в цилиндрической, так конической форму.
Твердосплавные режущие пластины устанавливаются в пазы и закрепляются при помощи крепежа. Обычно их во фрезе два и расположены они симметрично относительно оси.
Благодаря сменности пластин при больших масштабах производства достигается хороший экономический эффект.
Применяются в основном для получистовой и черновой обработки заготовок из титана, закаленной стали, черных и цветных металлов.
Сферическая фреза со сменными головками
Эта фреза находится между монолитными и со съемными резцами по диапазону диаметров. Они выпускаются с этим размером от 6 до 25 мм. При этом они находятся также примерно в середине по обеспечиваемой чистоте обработки.
Можно сказать, этот инструмент со сменными головками является результатом эволюционного развития концевых фрез.
Состоит из сменной головки, которая вкручивается в хвостовик. На самой головке расположены зубья. Как правило, число зубьев может быть от 4 до 6.
Чаще всего сменная головка изготовляется из твердосплавных материалов, а остальная часть из стали. В то же время есть модификации, в которых хвостовик тоже произведен из твердого сплава. Поверхность режущих кромок может иметь покрытие для работы с особо твердыми материалами как сплавы титана.
Благодаря всему этому прочностные характеристики инструмента почти приближаются как таковым у монолитных фрез.
Обычно канавка для выбрасывания стружки имеет винтовую форму. На ее поверхность может наноситься специальное покрытие для улучшения скорости выброса.
Из нюансов стоит отметить, что для достижения более чистой обработанной поверхности, рекомендуется придавать вращательное движение самой фрезе. Это делается, чтобы избежать так называемых точек, в котором скорость резца равна нулю.
Как и все концевые фрезы, этот тип инструменты сильно греется и имеется необходимость в организации охлаждения зоны резания заготовки. Для этого используются эмульсионные жидкости.
В целом выбор этой фрезы осуществляется в зависимости от материала заготовки, размеров требуемых выемок и параметров технологического процесса.
